Sandbox Reserved 354

לפטין
כתבו ועיבדו להוראה: אידלמן רחל, דפנה הלוי, נחום סטולר ושרילי ברקוביץ'

דף זה נכתב במסגרת קורס להכשרת מורים מובילים בכימיה 2010-2011 בהנחיית ד"ר יעל שורץ וד"ר דבורה קצביץ המרכז הארצי למורי הכימיה, מחלקה להוראת המדעים,מכון ויצמן

מידע כללי על החלבון

בשנת 1994 זיהו ג'פרי מ. פרידמן וצוותו באוניברסיטת רוקפלר שבניו יורק את הלפטין (ביוונית: לפטוס = רזה), מורכב מ-167 חומצות אמינו והוא הורמון חלבוני המיוצר בתאי שומן וברקמות שומניות וריכוזו בדם נמצא ביחס ישר לכמות השומן, או לגודל רקמות השומן בגוף. משם זורם הלפטין במחזור הדם עד שהוא מגיע אל המוח. האיזור במוח הביניים, שמקבל את ה"מסר" באמצעות הלפטין, נקרא היפותלמוס, וכבר בתחילת המאה קישרו בין העובדות שאנשים פגועים בהיפותלמוס הפכו שמנים. ואכן, הסתבר שבהיפותלמוס יש איזור, המכונה "מרכז השובע" ובו בעיקר מרוכזים הקולטנים ללפטין. כתוצאה מקשירת הלפטין לקולטנים נוצרים בתאי עצב שבהיפותלמוס חלבונים (נוירופפטידים) המופרשים לדם ומשפיעים על מרכז התיאבון במוח, לדיכוי התיאבון. לנוירופפטידים אלה השפעות גם על תהליכים נוספים בגוף הקשורים למאזן האנרגיה ולמשקל הגוף כמו: התנהגויות אכילה, עיכול, פעילות וטמפרטורת הגוף. ירידה במשקל הגוף ובמסת השומן גורמת לירידה ברמת הלפטין. בתגובה לכך נוצר נוירופפטיד אחר המכונה נוירופפטיד Y. בהשפעה של רמת לפטין נמוכה ורמת נוירופפטין Y גבוהה נוצרים נוירופפטידים מעוררי תיאבון. גם נוירופפטידים אלה משפיעים על מרכז התיאבון במוח, אלא שהם מעוררים תיאבון. אולם בגלל תנגודת ללפטין (אשר מתרחשת כנראה בגלל ריוויון של הרצפטורים ללפטין בהיפותלמוס) לא ידוכא התיאבון. לכן מניחים שסיבת ההשמנה אצל בני האדם היא לא מחסור בלפטין אלא שינוי במבנה הקולטנים ללפטין. יחד עם זאת, יש לציין שלהשמנה אצל האדם גורמים נוספים כמו השפעות סביבתיות. במילים אחרות, ההורמון משחק תפקיד מרכזי בוויסות צריכת אנרגיה והוצאתה דרך ויסות התיאבון וחילוף חומרים.



השמנה באופן בסיסי, היא מצב בו כמות האנרגיה שנכנסת לגוף (הנקבעת על ידי כמות הקלוריות במזון שאנו אוכלים) עולה על כמות האנרגיה הנפלטת (כמות הקלוריות שאנו "שורפים" בפעילות גופנית).

מידע כימי על החלבון

הלפטין הינו שרשרת פפטידית באורך 167 חומצות אמינו הקשורות זו לזו בקשרים פפטידיים. כאשר ניסו לפענח את מבנה הלפטין, נתקלו חוקרים בשתי בעיות עיקריות:

א. המבנה הראשוני, או רצף חומצות האמינו אינו הומולוגי לשום חלבון אחר בבנק הנתונים, דבר שהקשה על חיזוי המבנה השלישוני שלו. ב. הלפטין הטבעי ( wild type ) עובר אגרגציה כך שאינו בר גיבוש. דבר זה מונע את האפשרות לקבוע את מבנהו באמצעות קרני X, שיטה עוצמתית לקביעת מבנה. חוקרים הצליחו לגבש מוטציה של הלפטין, לפטין E100, בעל שינוי יחיד מהלפטין הטבעי: בעמדה 100 חומצה גלוטאמית מוחלפת בטריפטופאן. החלבון המוטאנטי מראה פעילות כמו הטבעי. החלפת החומצה הגלוטאמית המגיבה עם הממס בשטח הפנים של החלבון, מקטינה את האינטריאקציות ההידרופוביות ומאפשרת את הגיבוש של החלבון. מהגביש שנוצר, יכלו החוקרים להציע מבנה ללפטין המוטאנטי.

לפטין מכיל ארבעה  סלילי הליקס באורך 5-6 סיבובים כל אחת, באריזה דו שכבתית של הסלילים.האיזור ההידרופובי הגדול המקביל לקיבוץ הסלילי נוצר משיירים של הסלילים הפונים זה לזה.נראה שלשיירים אלה חשיבות בשמירה על המבנה בשל העובדה שהם מצויים בזנים רבים. יש שתי לולאות ארוכות המחברות את סלילים A ו- B וסלילים C ו-D יחדיו.כמו כן ישנה לולאה קצרה יותר, המחברת את סליל B לסליל C.מיקום סלילי האלפא.

ללפטין, מאפיין מעניין, שייר סלילי קטן, E, המצוי בלולאת CD. הסליל מעוות ומכופף בחדות במרכזו (87 מעלות), כמעט מאונך לקיבוץ הסלילי. לאוצין 104,107,110,114, וואלין 113 בסליל E, ארוזות בחוזקה לקצוות סלילי B ו-D ומתפקד לכן, כפקק הידרופובי, החוסם את השיירים הליפופיליים על שטח פני הקיבוץ הסלילי BD.י

ללפטין קשר דו-סולפידי יחיד, החיוני ליצירת הקיפול הסלילי.שני שיירי ציסטאין בעמדות 96 ו-146 יוצרים קשר די סולפיד

<p dir='rtl'>בין הלפטין לבין הורמונים אחרים בגוף, כמו אינסולין והורמונים הקשורים לבגרות המינית ולרבייה, קיימים יחסי גומלין ונראה שללפטין יש תפקיד חשוב בשמירה על מאזן האנרגיה בגוף. <p dir='rtl'>ללפטין יש תפקידים נוספים, מלבד תפקידו בבקרת מנגנון השובע והרעב.

<p dir='rtl'>האם מתן לפטין הוא הפיתרון הרפואי המתאים לטיפול בהשמנה?

<p dir='rtl'>האם פעילות גופנית משפיעה על רמות לפטין?

<p dir='rtl'>הפרעות אכילה

<p dir='rtl'>הפרעות אחרות

<p dir='rtl'>ויזואליזציה נוספת של המידע הכימי לגבי החלבון

<p dir='rtl'><scene name='Sandbox_Reserved_354/Polar_amino_acids/1'>בתצוגה זו ניתן להבחין באיזורים טעונים חשמלית-סגול לעומת איזורים הידרופוביים-אפור

<p dir='rtl'>היבט פדגוגי

<p dir='rtl'>דף עבודה לתלמיד <p dir='rtl'>דף עבודה + פתרון